平顶山市地下水资源分布及开采潜力研究

黄继超，荣富强

（河南省地质矿产勘查开发矿局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003）

1 前言

20世纪80年代初，地下水逐步成为平顶山市重要的供水水源，对保障全市饮水安全、粮食安全和生态安全等发挥了十分重要的作用。研究区地下水分布广泛，资源量大，开发利用程度高，随着社会经济的快速发展，目前存在地下水资源家底不清，开采潜力不明等问题。文章旨在查明了地下水资源的家底，掌握各县市区开发利用现状及存在问题，对其开采潜力作出评价，为地下水资源的开发利用与保护工作提供强有力的技术支撑。

2 研究区概况

研究区位于河南省中部，全境东西长约140 km，南北宽约133 km，地理坐标为东经112°14′～113°45′，北纬33°08′～34°20′，总面积7 882 km2，辖汝州市和舞钢市等2市，叶县、郏县、宝丰县和鲁山县等4县，新华区、卫东区、湛河区和石龙区等4区以及新城区、高新区。

研究区境内河流密布，切割作用较强烈，地貌类型多样，地层岩性组合复杂，决定了区内水文地质条件的特殊性和复杂性。在不同的地层、岩性组合，不同构造和地貌条件下，辅以水文、气象等因素的共同作用，全区共形成了四种类型的地下水，即松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类裂隙孔隙水和基岩裂隙水。

3 地下水资源量分析评价

地下水资源评价采用近年资料，除降水量选用1956-2017年系列资料以外，其它如地下水位埋深、开采量、灌溉面积、灌溉用水量等均选用2017年资料。主要水文地质参数参考区域水文地质资料，并结合近期资料分析研究，或利用动态资料计算而综合确定。地下水天然资源包括补给资源和储存资源。

3.1 评价方法

3.1.1 浅层地下水

浅层地下水资源量计算采用水量均衡模型，该法是利用评价区地下水动力平衡的基本原理，通过逐个分析并确定各均衡要素，进行水均衡计算和评价。评价区总面积4 242.14 km2。划分为4个大区，即Ⅰ区：汝河、沙河河谷及冲积平原强富水区，Ⅱ区：汝河二级阶地及澧河冲积平原中等富水区，Ⅲ区：汝河南部山前倾斜平原及平顶山南部冲积平原弱富水区，Ⅳ区：山前倾斜平原贫水区；再根据地形地貌条件、包气带岩性、含水层岩性等，将Ⅰ区进一步划分为Ⅰ1～Ⅰ8等8个亚区，Ⅱ区进一步划分为Ⅱ1～Ⅱ8等8个亚区，Ⅲ区进一步划分为Ⅲ1～Ⅲ3等3个亚区，Ⅳ区进一步划分为Ⅳ1～Ⅳ6等6个亚区，共计25个亚区。

3.1.2 中深层地下水

中深层地下水资源量主要由侧向径流补给量、浅层地下水越流量和弹性释水量三部分组成，其中弹性释水量是其资源量的主要来源，一般约占总资源量的一半以上。侧向径流补给量采用达西公式进行计算，中深层地下水越流补给量即浅层地下水越流排泄量，弹性释水量采用弹性释水系数法进行计算。评价区总面积2 808.69 km2，划分为2个大区，即Ⅰ区：汝河、沙河河谷及冲积平原强富水区、Ⅱ区：汝河、沙河、滚河山前倾斜平原及澧河冲积平原中等富水区；再根据地形地貌及水文地质条件，将Ⅰ区进一步划分为Ⅰ1～Ⅰ5等5个评价单元，Ⅱ区进一步划分为Ⅱ1～Ⅱ11等11个评价单元，共计16个评价单元。

3.1.3 基岩地下水

基岩地下水补给量主要来自大气降水，因此采用大气降水入渗法进行天然补给资源量的计算。评价区总面积3 639.91 km2，划分为4个大区，即Ⅰ区：碎屑岩类、Ⅱ区：层状岩类、Ⅲ区：块状岩类、Ⅳ区：碳酸岩岩类；再根据地形地貌及水文地质条件，将Ⅰ区进一步划分为Ⅰ1～Ⅰ3等3个亚区，Ⅱ区进一步划分为Ⅱ1～Ⅱ3等3个亚区，Ⅲ区进一步划分为Ⅲ1～Ⅲ8等8个亚区，Ⅳ区进一步划分为Ⅳ1～Ⅳ5等5个亚区，共计19个亚区。

3.2 计算结果

根据前面计算的浅层、中深层和基岩山区地下水资源量，对各计算分区的地下水资源量进行汇总统计，详见表1。

表1 研究区各计算分区地下水资源量统计表

3.3 地下水资源的分布特征

根据前面计算的浅层、中深层和基岩山区地下水资源量，计算出各县（市）区的地下水天然资源量和可开采资源量，详见表2。

表2 研究区各县（市）区地下水资源量统计表

研究区地下水天然资源总量为8.24亿m3，地下水可采资源总量为7.20亿m3，由表2可以看出，地下水天然资源总量存在空间部分不均，总体呈现西北（鲁山县）向东南（舞钢）逐渐减少的趋势，这是由于西北地区河流水系发育为地下水的主要汇聚区和流通区，东南地区由于地势较缓主要为地下水流通排泄区，这点和区内地下水流向呈正相关关系。由其行政分布来看，鲁山县天然水资源总量＞汝州＞叶县＞郏县＞宝丰＞市区＞舞钢；浅层地下水天然水资源总量为4.54亿m3，主要集中分布在汝河、沙河河谷平原及东部平原，因其地貌单元含水层的成因与岩性结构均不相同，其水资源储量差异很大，河谷平原及冲积平原富水性较强，河流南北两侧岗地富水性较弱；砂、砂砾石和卵石层厚度大的区域富水性强，厚度小的区域富水性弱；中深层地下水天然水资源总量为0.48亿m3，主要分布在汝河冲积平原、沙澧河冲积平原，宝、郏凹陷盆地、沙河断陷槽地中、保安、坟台，张良、谷店南部一带地下水资源量则较一般；基岩山区地下水天然水资源总量为3.23亿m3，受地貌影响主要分布在区内西南部的低山丘陵区。由各类地下水可采资源组成来看，存在分布不均的问题，其中浅层地下水可采资源量占总量的53%，其次为基岩山区地下水占40%，中深层地下水仅占总量的7%。

4 地下水开采潜力分析

4.1 地下水开发利用现状

研究区现有农业灌溉规模以上供水的机电井约32 500眼，开采量为2.90亿m3/a，村民自建供水井约17 500眼，开采量为0.19亿m3/a；厂矿自备供水井约544眼，开采量为0.16亿m3/a；农村安全饮水工程供水井约577眼，开采量为0.14亿m3/a；各类自备井约320眼，开采量为0.10亿m3/a。

4.2 地下水开发潜力评价

地下水开发利用潜力，可利用地下水开采系数作为判定标准，计算公式如式（1）：

地下水开采潜力的大小依据下列值判定：

k＞1.00潜力不足，已超采；0.75≤k≤1.00采补基本平衡；k＜0.75有开采潜力，可扩大开采。

根据地下水的现状开采量和可开采量计算结果，按照上述方法计算出各区地下水开采系数，并对其开发利用潜力进行评价，详见表3。

由表3可以看出，在多年平均条件下，全区地下水开采系数为0.85，处于采补基本平衡状态。

表3 地下水开发利用潜力评价一览表

4.3 评价结果

4.3.1 有开采潜力区

主要分布在河流冲积平原和部分山前倾斜平原，面积1 306.11 km2。其中Ⅰ1、Ⅰ3、Ⅰ7、Ⅰ8、Ⅱ8、Ⅲ1区属于汝河、沙河（河谷）冲积平原区，河水与地下水联系密切，现状条件下地下水主要接受降水入渗补给，在开采条件下，可以激发河水的侧渗补给；Ⅱ3、Ⅱ8、Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ4区属于山前倾斜平原，地下水易接受山前侧渗及地表河流补给，现状条件下地下水主要接受降水入渗补给，在开采条件下，可以激发山前侧渗补给及河水的侧渗补给；目前上述区内仅散布少量自备井和农灌机井，具备较大的开采潜力。

4.3.2 采补基本平衡区

主要分布在郏县县城（Ⅰ2）、鲁山县城（Ⅰ4）、汝州市南部（Ⅱ2）、叶县南部（Ⅱ6）、汝州市北部山前（Ⅳ1）等区域，面积1 443.29 km2。该区内地下水主要接受大气降水补给，地下水侧向径流条件一般，主要开采为农业灌溉、生活饮用及少量工业用水。由于其水文地质条件较平原区差，砂层厚度一般在8～15 m，地表降水入渗补给河谷平原区，区内水位埋深15～20 m。

4.3.3 潜力不足区

主要分布在叶县县城（Ⅰ5）、舞钢北部八台镇（Ⅰ6）、汝州市北部（Ⅱ1）、宝丰东部（Ⅱ4）、舞钢市北部枣林（Ⅱ7）、平顶山市北部（Ⅲ3）舞钢市南部（Ⅳ5、Ⅳ6）等区域，面积1 492.74 km2。由于该区域多分布在县城或乡镇，人口密度大，居民生活及工业用水量较其他区域明显增大。

5 结论

研究区地下水资源总量8.24亿m3，可开采资源量7.24亿m3，其中浅层地下水总补给量为4.54亿m3，可开采量为3.86亿m3，总排泄量为4.45亿m3，补给量大于排泄量，整体来看全区处于正均衡状态，总储存量为156.71亿m3，是总补给量的40倍；中深层地下水可开采资源量为0.48亿m3，总储存量为8.62亿m3，是可开采资源量的近20倍；基岩山区地下水资源量为3.23亿m3/a，可开采资源量为2.90亿m3/a；地下水开采系数为0.85，处于采补基本平衡状态。建议进一步完善地下水监测网络，实现对全市地下水监测工作的全覆盖，及时分析并掌握地下水水位、水量、水质等动态变化信息，为地下水资源管理决策提供技术数据支撑。